JPH10167704A - オゾン発生装置 - Google Patents
オゾン発生装置Info
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- JPH10167704A JPH10167704A JP32236496A JP32236496A JPH10167704A JP H10167704 A JPH10167704 A JP H10167704A JP 32236496 A JP32236496 A JP 32236496A JP 32236496 A JP32236496 A JP 32236496A JP H10167704 A JPH10167704 A JP H10167704A
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- increased
- electrode
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- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 空隙部および誘電体４を介して互いに対向配
設された高電圧電極１および接地電極２を有し、高電圧
電極１と接地電極２間に高電圧を印加して前記空隙部内
に流通させた原料ガス中にオゾンを発生させる無声放電
式のオゾン発生装置において、投入電力量に対するオゾ
ン発生量を増加させるとともに、冷却方法を容易ならし
める。 【解決手段】 前記誘電体４としてダイアモンド薄膜を
用いる。例えば、高電圧電極１（金属）に、基板温度８
００℃、膜厚１μｍで、自形を持つダイアモンド、すな
わち結晶性の良いファセットの明確な多結晶ダイアモン
ド膜を成膜する。これによって誘電体４の表面積が増え
るため、電極と誘電体の間に発生するストリーマ状放電
柱の数を増やすことができ、その結果電子とＯ2分子と
の衝突確率が向上し、投入電力量に対するオゾン発生量
を増加させることができる。
設された高電圧電極１および接地電極２を有し、高電圧
電極１と接地電極２間に高電圧を印加して前記空隙部内
に流通させた原料ガス中にオゾンを発生させる無声放電
式のオゾン発生装置において、投入電力量に対するオゾ
ン発生量を増加させるとともに、冷却方法を容易ならし
める。 【解決手段】 前記誘電体４としてダイアモンド薄膜を
用いる。例えば、高電圧電極１（金属）に、基板温度８
００℃、膜厚１μｍで、自形を持つダイアモンド、すな
わち結晶性の良いファセットの明確な多結晶ダイアモン
ド膜を成膜する。これによって誘電体４の表面積が増え
るため、電極と誘電体の間に発生するストリーマ状放電
柱の数を増やすことができ、その結果電子とＯ2分子と
の衝突確率が向上し、投入電力量に対するオゾン発生量
を増加させることができる。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、水処理や屎尿処理
等に利用される無声放電式のオゾン発生装置に関する。
等に利用される無声放電式のオゾン発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】オゾンは極めて強い酸化力を有し、水の
殺菌、脱臭、脱色等の上下水処理や屎尿処理及び食品関
連における殺菌などの多くの用途に使われている。オゾ
ンの生成法には、紫外線照射法、放射線照射法、プラズ
マ放電法、無声放電法及び水の電気分解法等があるが、
工業的には無声放電法が主体である。
殺菌、脱臭、脱色等の上下水処理や屎尿処理及び食品関
連における殺菌などの多くの用途に使われている。オゾ
ンの生成法には、紫外線照射法、放射線照射法、プラズ
マ放電法、無声放電法及び水の電気分解法等があるが、
工業的には無声放電法が主体である。
【０００３】図２に無声放電法によるオゾン発生装置の
原理を示す。図２において高電圧電極１と接地電極２
は、両者間に空隙部３が形成されるように誘電体４を介
在させて並設されている。両電極１，２間に例えばＡＣ
電圧を印加して空隙部３で無声放電を発生させ、原料と
なるガス（乾燥空気もしくは酸素）をこの空隙部３に通
すことによりオゾンを発生させている。
原理を示す。図２において高電圧電極１と接地電極２
は、両者間に空隙部３が形成されるように誘電体４を介
在させて並設されている。両電極１，２間に例えばＡＣ
電圧を印加して空隙部３で無声放電を発生させ、原料と
なるガス（乾燥空気もしくは酸素）をこの空隙部３に通
すことによりオゾンを発生させている。
【０００４】オゾンＯ3の理論収率は、 Ｏ2→Ｏ＋Ｏ−１１８Ｋｃａｌ（吸熱反応） Ｏ＋Ｏ2→Ｏ3＋２５Ｋｃａｌ（発熱反応） より、 ３Ｏ2→２Ｏ3−６８Ｋｃａｌ となり、Ｏ3を１ｍｏｌ生成するために３４Ｋｃａｌ必
要となる。従って理論上の収率は１．２ｋｇＯ3／ＫＷ
ｈとなる。しかし、消費電力に対するオゾンの生成効率
は理論収率に比べて極めて低く数％に過ぎず、残りの９
０％の電力は熱となりオゾン生成には寄与していないと
いうのがオゾン発生装置の現状である。
要となる。従って理論上の収率は１．２ｋｇＯ3／ＫＷ
ｈとなる。しかし、消費電力に対するオゾンの生成効率
は理論収率に比べて極めて低く数％に過ぎず、残りの９
０％の電力は熱となりオゾン生成には寄与していないと
いうのがオゾン発生装置の現状である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】オゾンの生成量に影響
を及ぼす主な因子としては、電極の形状、電極間ギャッ
プの大きさ、誘電体の形状及び材質、電極の冷却方法、
原料ガスの除湿や冷却方法、印加電圧の波形等が挙げら
れる。
を及ぼす主な因子としては、電極の形状、電極間ギャッ
プの大きさ、誘電体の形状及び材質、電極の冷却方法、
原料ガスの除湿や冷却方法、印加電圧の波形等が挙げら
れる。
【０００６】現在のオゾン発生装置は図２で示したよう
に、電極間に空隙が形成されるように誘電体を介在させ
てその空隙部分で放電を起こさせる無声放電を応用する
構造などが主となっている。図２において無声放電が起
こると電極と誘電体間の空隙部３に微小なストリーマ状
放電柱が多数発生し、その放電柱の中を大量の電子が流
れる。その際空隙部分を流れている原料ガス中の酸素分
子Ｏ2と電子とが衝突し、衝突電離によって酸素原子Ｏ
や励起酸素分子Ｏ2＊が生成し、酸素分子Ｏ2と反応して
オゾンＯ3が生成される（放電の化学作用）。
に、電極間に空隙が形成されるように誘電体を介在させ
てその空隙部分で放電を起こさせる無声放電を応用する
構造などが主となっている。図２において無声放電が起
こると電極と誘電体間の空隙部３に微小なストリーマ状
放電柱が多数発生し、その放電柱の中を大量の電子が流
れる。その際空隙部分を流れている原料ガス中の酸素分
子Ｏ2と電子とが衝突し、衝突電離によって酸素原子Ｏ
や励起酸素分子Ｏ2＊が生成し、酸素分子Ｏ2と反応して
オゾンＯ3が生成される（放電の化学作用）。
【０００７】ここでオゾン生成の原理を図３とともに詳
細に説明する。図３において、交流電圧を印加して無声
放電を起こさせる場合、誘電体側の電極１が正で接地側
の電極２が負となるＡＣ電圧の正の半波の電圧上昇時
に、発生した微小なストリーマ状放電柱の中を電子が接
地電極２側から高電位となる誘電体４側に移動し、その
電子はある面積で誘電体４の表面に広がって堆積する。
そして次に発生するストリーマ状放電柱はすでに堆積し
ている多数の電子を避けて、まだ電子が堆積していない
誘電体４の表面の別の箇所に到達して同様に多数の電子
を表面に堆積させる。この繰り返しにより電子が堆積す
る箇所が誘電体４の表面に分散して存在するようにな
る。
細に説明する。図３において、交流電圧を印加して無声
放電を起こさせる場合、誘電体側の電極１が正で接地側
の電極２が負となるＡＣ電圧の正の半波の電圧上昇時
に、発生した微小なストリーマ状放電柱の中を電子が接
地電極２側から高電位となる誘電体４側に移動し、その
電子はある面積で誘電体４の表面に広がって堆積する。
そして次に発生するストリーマ状放電柱はすでに堆積し
ている多数の電子を避けて、まだ電子が堆積していない
誘電体４の表面の別の箇所に到達して同様に多数の電子
を表面に堆積させる。この繰り返しにより電子が堆積す
る箇所が誘電体４の表面に分散して存在するようにな
る。
【０００８】電圧の極性が反転して誘電体４側の電極１
が負で接地側の電極２が正になって無声放電が起こる
と、誘電体表面に堆積していた電子は前記ストリーマ状
放電柱の中を、今度は電位が高くなる接地電極２側へ移
動する。このように電子が電極と誘電体の間を移動する
時に前述のような原料ガス中の酸素分子Ｏ2と衝突して
オゾンＯ3が生成されるわけである。しかし実際には原
料ガス中の酸素分子Ｏ2と電子とが衝突する確率は低
く、従って投入している電力量の割には生成されるオゾ
ンＯ3の量が少ないという問題点がある。
が負で接地側の電極２が正になって無声放電が起こる
と、誘電体表面に堆積していた電子は前記ストリーマ状
放電柱の中を、今度は電位が高くなる接地電極２側へ移
動する。このように電子が電極と誘電体の間を移動する
時に前述のような原料ガス中の酸素分子Ｏ2と衝突して
オゾンＯ3が生成されるわけである。しかし実際には原
料ガス中の酸素分子Ｏ2と電子とが衝突する確率は低
く、従って投入している電力量の割には生成されるオゾ
ンＯ3の量が少ないという問題点がある。
【０００９】また安定な無声放電を発生させるために
は、電極間ギャップ長を１〜２ｍｍ程度以下にするとと
もに、ギャップ長を均一にして放電をギャップ部分で一
様に発生させる必要がある。しかし微小なギャップ部分
を均一に保つことが難しく、従って安定な無声放電が得
られにくい。オゾン発生装置が大形になればなる程この
問題が生じてくる。
は、電極間ギャップ長を１〜２ｍｍ程度以下にするとと
もに、ギャップ長を均一にして放電をギャップ部分で一
様に発生させる必要がある。しかし微小なギャップ部分
を均一に保つことが難しく、従って安定な無声放電が得
られにくい。オゾン発生装置が大形になればなる程この
問題が生じてくる。
【００１０】また高電圧印加中に上昇する電極および誘
電体の温度が、電極間が狭いためにギャップ部分に伝わ
り易く、そのため生成されたオゾンＯ3が分解して酸素
Ｏ2に戻ってしまうなどの問題があって、オゾンの生成
効率を向上させることが難しい。
電体の温度が、電極間が狭いためにギャップ部分に伝わ
り易く、そのため生成されたオゾンＯ3が分解して酸素
Ｏ2に戻ってしまうなどの問題があって、オゾンの生成
効率を向上させることが難しい。
【００１１】現在の大型オゾン発生装置の高圧電極部
は、一般には誘電体管としてガラス管に金属コーティン
グを施したものが用いられている。放電時の誘電体自身
の温度上昇によるオゾン発生濃度の低下も問題となって
いる。しかも構造上ガラス管の冷却水による直接冷却も
困難である。
は、一般には誘電体管としてガラス管に金属コーティン
グを施したものが用いられている。放電時の誘電体自身
の温度上昇によるオゾン発生濃度の低下も問題となって
いる。しかも構造上ガラス管の冷却水による直接冷却も
困難である。
【００１２】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
その目的は、投入電力量に対するオゾン発生量を増加さ
せるとともに、冷却を容易としたオゾン発生装置を提供
することにある。
その目的は、投入電力量に対するオゾン発生量を増加さ
せるとともに、冷却を容易としたオゾン発生装置を提供
することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、空隙部および
誘電体を介して互いに対向配設された高圧電極および接
地電極を有し、前記高圧電極と接地電極間に高電圧を印
加して前記空隙部内に流通させた原料ガス中にオゾンを
発生させる無声放電式のオゾン発生装置において、
（１）前記誘電体としてダイアモンド薄膜を用いたこと
を特徴とし、（２）前記ダイアモンド薄膜は自形面を有
する結晶性の良いダイアモンド膜であることを特徴とし
ている。
誘電体を介して互いに対向配設された高圧電極および接
地電極を有し、前記高圧電極と接地電極間に高電圧を印
加して前記空隙部内に流通させた原料ガス中にオゾンを
発生させる無声放電式のオゾン発生装置において、
（１）前記誘電体としてダイアモンド薄膜を用いたこと
を特徴とし、（２）前記ダイアモンド薄膜は自形面を有
する結晶性の良いダイアモンド膜であることを特徴とし
ている。
【００１４】
【発明の実施の形態】オゾンを少ない消費電力でより多
く発生させてオゾン生成効率を向上させるには電子とＯ
2分子とが衝突する確率を上げる必要がある。そのため
には発生するストリーマ状放電柱の数を増やすことが重
要になる。ストリーマ状放電柱を増やすには、誘電体の
表面積を増大させることによって印加電圧が正の時に生
じる放電により、電子が誘電体表面に分散して堆積する
個所が多くなるようにすれば良い。
く発生させてオゾン生成効率を向上させるには電子とＯ
2分子とが衝突する確率を上げる必要がある。そのため
には発生するストリーマ状放電柱の数を増やすことが重
要になる。ストリーマ状放電柱を増やすには、誘電体の
表面積を増大させることによって印加電圧が正の時に生
じる放電により、電子が誘電体表面に分散して堆積する
個所が多くなるようにすれば良い。
【００１５】機器のスペースの関係上誘電体を大きくす
ることはできない。したがって誘電体の大きさを変えず
に表面積を増やすために、誘電体表面にサンドブラスト
加工をする試みがすでになされている。
ることはできない。したがって誘電体の大きさを変えず
に表面積を増やすために、誘電体表面にサンドブラスト
加工をする試みがすでになされている。
【００１６】本発明では、誘電体としてダイアモンド薄
膜を用いることを試みた。ダイアモンド膜は成膜方法及
び成膜条件によって下地の金属に、自形を持たない膜が
形成されたり、明確な自形を有する多結晶膜が形成され
たりする。自形を持つダイアモンドすなわち結晶性の良
いファセットの明確な多結晶ダイアモンド膜は一般に１
μｍあるいはそれ以下の大きさの結晶粒となる。このよ
うなファセットの明確な粒径１μｍ程度のダイアモンド
膜は従来のサンドブラスト加工（＃５００，＃１００
０，＃１５００）を施した表面の凹凸状態よりも凹凸が
増加し表面積が増加した。
膜を用いることを試みた。ダイアモンド膜は成膜方法及
び成膜条件によって下地の金属に、自形を持たない膜が
形成されたり、明確な自形を有する多結晶膜が形成され
たりする。自形を持つダイアモンドすなわち結晶性の良
いファセットの明確な多結晶ダイアモンド膜は一般に１
μｍあるいはそれ以下の大きさの結晶粒となる。このよ
うなファセットの明確な粒径１μｍ程度のダイアモンド
膜は従来のサンドブラスト加工（＃５００，＃１００
０，＃１５００）を施した表面の凹凸状態よりも凹凸が
増加し表面積が増加した。
【００１７】またこのダイアモンド膜はファセットを形
成しているため、従来のサンドブラスト加工（＃５０
０，＃１０００，＃１５００）を施した表面よりもミク
ロンオーダーの凹凸が増加し、ダイアモンド膜先端の電
界が集中することにより電子の誘電体表面に分散して堆
積する個所が多くなった。
成しているため、従来のサンドブラスト加工（＃５０
０，＃１０００，＃１５００）を施した表面よりもミク
ロンオーダーの凹凸が増加し、ダイアモンド膜先端の電
界が集中することにより電子の誘電体表面に分散して堆
積する個所が多くなった。
【００１８】
実施例１．基板に銅の多結晶（純度９９．９％、サイズ
１００×１００×１ｍｍ3）を用い、前処理として２〜
４μｍのダイアモンド粉を用いてエタノール中で銅表面
に傷を付けた。原料ガスとしてＣＨ4（２％）＋Ｏ2（１
％）／Ｈ2とし、５０Ｔｏｒｒの真空中でマイクロ波Ｃ
ＶＤ装置を用い成膜した。マイクロ波出力電力は５００
Ｗ、基板温度８００℃とし、膜厚は約１μｍとした。
１００×１００×１ｍｍ3）を用い、前処理として２〜
４μｍのダイアモンド粉を用いてエタノール中で銅表面
に傷を付けた。原料ガスとしてＣＨ4（２％）＋Ｏ2（１
％）／Ｈ2とし、５０Ｔｏｒｒの真空中でマイクロ波Ｃ
ＶＤ装置を用い成膜した。マイクロ波出力電力は５００
Ｗ、基板温度８００℃とし、膜厚は約１μｍとした。
【００１９】実施例２．基板温度５００℃、マイクロ波
出力電力は１．３ｋＷとした以外は実施例１と同一の条
件で成膜を行った。膜厚は約１μｍとし、実施例１と膜
厚を同一にした。
出力電力は１．３ｋＷとした以外は実施例１と同一の条
件で成膜を行った。膜厚は約１μｍとし、実施例１と膜
厚を同一にした。
【００２０】実施例３．原料ガスとしてＣＨ3ＯＨ（１
５％）／Ｈ2として、０．１Ｔｏｒｒの真空中でマイク
ロ波出力電力１．２ｋＷで成膜した。基板温度は１００
℃以下であった。膜厚は約１μｍとし、実施例１と同一
にした。
５％）／Ｈ2として、０．１Ｔｏｒｒの真空中でマイク
ロ波出力電力１．２ｋＷで成膜した。基板温度は１００
℃以下であった。膜厚は約１μｍとし、実施例１と同一
にした。
【００２１】実施例１，２，３の条件で成膜されたダイ
アモンド薄膜の表面形状を、それぞれ走査型電子顕微鏡
で観察した。その結果、実施例１のダイアモンド薄膜
は、自形を持つダイアモンド、すなわち結晶性の良いフ
ァセットの明確な多結晶ダイアモンド膜となった。
アモンド薄膜の表面形状を、それぞれ走査型電子顕微鏡
で観察した。その結果、実施例１のダイアモンド薄膜
は、自形を持つダイアモンド、すなわち結晶性の良いフ
ァセットの明確な多結晶ダイアモンド膜となった。
【００２２】実施例２のダイアモンド薄膜は平坦ではな
いがカリフラワー様の表面形状をしていた。ファセット
は見られず結晶性に関しては、実施例１よりも悪い膜と
思われる。
いがカリフラワー様の表面形状をしていた。ファセット
は見られず結晶性に関しては、実施例１よりも悪い膜と
思われる。
【００２３】実施例３のダイアモンド薄膜は実施例２よ
りもさらに平坦度が増し、ミクロンオーダーの凹凸はほ
とんどみられなかった。
りもさらに平坦度が増し、ミクロンオーダーの凹凸はほ
とんどみられなかった。
【００２４】
【発明の効果】誘電体としてダイアモンド薄膜を用いた
平板型オゾン発生電極を用いた場合の単位面積当たりの
放電電力に対するオゾン発生量の関係は図１のとおりで
ある。この図から、カリフラワー様の表面形状をしてい
た実施例２のダイアモンド薄膜は、ミクロンオーダーの
凹凸がほとんど見られない実施例３の試料よりもオゾン
発生量が増加したことが判る。
平板型オゾン発生電極を用いた場合の単位面積当たりの
放電電力に対するオゾン発生量の関係は図１のとおりで
ある。この図から、カリフラワー様の表面形状をしてい
た実施例２のダイアモンド薄膜は、ミクロンオーダーの
凹凸がほとんど見られない実施例３の試料よりもオゾン
発生量が増加したことが判る。
【００２５】また実施例１で示された、基板温度８００
℃で成膜した自形を持つダイアモンド、すなわち結晶性
の良いファセットの明確な多結晶ダイアモンド膜を用い
ると、オゾン発生量が実施例２、３の試料よりも増加す
るのが判る。
℃で成膜した自形を持つダイアモンド、すなわち結晶性
の良いファセットの明確な多結晶ダイアモンド膜を用い
ると、オゾン発生量が実施例２、３の試料よりも増加す
るのが判る。
【００２６】以上のことから、結晶性の良いダイアモン
ド薄膜を誘電体として用いることによって、誘電体表面
積が増えるために、電極と誘電体の間に発生するストリ
ーマ状放電柱の数を増やすことができ、その結果電子と
Ｏ2分子との衝突確率が向上したため、投入電力量に対
するオゾン発生量を増加させることができることが判
る。
ド薄膜を誘電体として用いることによって、誘電体表面
積が増えるために、電極と誘電体の間に発生するストリ
ーマ状放電柱の数を増やすことができ、その結果電子と
Ｏ2分子との衝突確率が向上したため、投入電力量に対
するオゾン発生量を増加させることができることが判
る。
【００２７】また、従来の高圧電極部は一般には誘電体
管としてガラス管に金属コーティングを施したものが用
いられており、放電時の誘電体自身の温度上昇によるオ
ゾン発生濃度の低下も問題となっている。しかも構造
上、ガラス管の冷却水による直接冷却も困難であった。
しかし本発明によれば、高圧電極部は金属であり、誘電
体自身は厚み１μｍ程度であることから、冷却方式は従
来と比較して格段に容易となる。
管としてガラス管に金属コーティングを施したものが用
いられており、放電時の誘電体自身の温度上昇によるオ
ゾン発生濃度の低下も問題となっている。しかも構造
上、ガラス管の冷却水による直接冷却も困難であった。
しかし本発明によれば、高圧電極部は金属であり、誘電
体自身は厚み１μｍ程度であることから、冷却方式は従
来と比較して格段に容易となる。
【図１】本発明の装置と従来装置の、放電電力に対する
オゾン発生量の関係を表す特性図。
オゾン発生量の関係を表す特性図。
【図２】無声放電法によるオゾン生成の概要を示す説明
図。
図。
【図３】無声放電法によるオゾン生成の原理を示す説明
図。
図。
１…高電圧電極 ２…接地電極 ３…空隙部 ４…誘電体
Claims (2)
- 【請求項１】 空隙部および誘電体を介して互いに対向
配設された高圧電極および接地電極を有し、前記高圧電
極と接地電極間に高電圧を印加して前記空隙部内に流通
させた原料ガス中にオゾンを発生させる無声放電式のオ
ゾン発生装置において、前記誘電体としてダイアモンド
薄膜を用いたことを特徴とするオゾン発生装置。 - 【請求項２】 前記ダイアモンド薄膜は自形面を有する
結晶性の良いダイアモンド膜であることを特徴とする請
求項１に記載のオゾン発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32236496A JPH10167704A (ja) | 1996-12-03 | 1996-12-03 | オゾン発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32236496A JPH10167704A (ja) | 1996-12-03 | 1996-12-03 | オゾン発生装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10167704A true JPH10167704A (ja) | 1998-06-23 |
Family
ID=18142827
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32236496A Pending JPH10167704A (ja) | 1996-12-03 | 1996-12-03 | オゾン発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10167704A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002151295A (ja) * | 2000-11-13 | 2002-05-24 | Yaskawa Electric Corp | 放電発生装置 |
-
1996
- 1996-12-03 JP JP32236496A patent/JPH10167704A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002151295A (ja) * | 2000-11-13 | 2002-05-24 | Yaskawa Electric Corp | 放電発生装置 |
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